Стеклянные изоляторы - Электрический расчет подвесных стеклянных изоляторов тарельчатого типа

4. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ПОДВЕСНЫХ СТЕКЛЯННЫХ ИЗОЛЯТОРОВ ТАРЕЛЬЧАТОГО ТИПА

Таблица 3-2

При проектировании подвесных изоляторов необходимо прежде всего определить требуемую длину гирлянды исходя из нормированных разрядных напряжений, указанных в табл. 3-2 для классов изоляции 330 кВ включительно (по ПУЭ).
При расчетах линейной изоляции для линий электропередачи 500 кВ и выше основной характеристикой является значение разрядного напряжения при коммутационных перенапряжениях. Значения разрядных напряжений различной длины гирлянд из подвесных изоляторов, измеренные при коммутационных перенапряжениях обеих полярностей, приведены на рис. 3-8.
Те же напряжения при отрицательной полярности в 1,3 раза выше.
Длина гирлянды Lr определяется по формуле
(3-8)
где Uм.н — мокроразрядное напряжение, кВ; gм.п — мокроразрядный градиент изолятора, кВ/см.

Рис. 3-8. Зависимость разрядных напряжений подвесных изоляторов типа ЛС-30 от длины гирлянд при коммутационных перенапряжениях.
1 — сухоразрядное напряжение при положительной полярности; 2 — мокроразрядное напряжение при положительной полярности; 3— то же при отрицательной полярности.

Средине разрядные градиенты подвесных изоляторов составляют (кВ/см):

Величины, приведенные по втором столбце, действительны для длинных гирлянд.
В табл. 3-3 приведены длины гирлянд, рассчитанные согласно формуле (3-8) и исходя из среднего мокроразрядного градиента 2,2; для сравнения приведены длины гирлянд, рекомендуемые ПУЭ.

Таблица 3-3

ПУЭ также рекомендуются наименьшие изоляционные расстояния по воздуху между токоведущими и заземленными частями для различных изоляторов, исходя из атмосферных перенапряжений.
Указанные расстояния приведены в табл. 3-4.

Таблица 3-4

Найдя длину гирлянды, устанавливаются основные размеры изоляторов.
Для подвесных изоляторов рекомендованы следующие практические соотношения отдельных размеров.   

Отношение конструктивной высоты Н к наибольшему диаметру тарелки D должно быть не больше 0,60 (желательно 0,55), отношение сухоразрядного расстояния lр к конструктивной высоте Н должно быть не меньше 1,25 (желательно 1,4), отношение длины пути утечки lу к H -—  не меньше 2,2 и lу/D> желательно 1,1—1,2. Увеличение отношения lp/Н можно осуществить пли увеличением диаметра тарелки D, или снижением конструктивной высоты Н.
Увеличение диаметра тарелки вызывает технологические трудности и приводит к увеличению массы, что невыгодно экономически. 

Таблица 3-5

Продолжение табл. 3-5

 Н— конструктивная высота изолятора; О—наибольший диаметр тарелки; d— диаметр стержня; Л —высота шапки; а—вылет тарелки до стержня; lр—разрядное расстояние; длина пути утечки.

Уменьшение высоты изолятора целесообразно осуществлять за счет металлических деталеq (шапки и стержня), являющихся паразитными вспомогательными частями в конструкции изолятора. Установлено, что подвесные изоляторы с наименьшими размерами шапок имеют и наилучшие соотношения элементов изоляторов, а следовательно, и наиболее высокие разрядные характеристики.
Стеклянные изоляторы с лучшими соотношениями конструктивных элементов имеют более высокие разрядные характеристики, что следует из табл. 3-5. Вследствие этого в гирлянде может быть принято меньшее количество изоляторов или, сохранив то же количество изоляторов в гирлянде, можно повысить разрядные характеристики.
Диаметр тарелки изолятора определяется или из формулы
или через отношение которое желательно иметь 1,3—1,

Для определения D в этом случае следует вычертить предварительный эскиз гирлянды из нескольких элементов, исходя из найденной высоты изолятора b намечаемого диаметра тарелки; провести линию, соответствующую разрядному расстоянию гирлянды Lр, и, таким образом узнать максимальный диаметр.
При построении формы тарелки необходимо обеспечить требуемую удельную длину пути утечки.
В то же время необходимо учесть, что высота ребер на нижней поверхности тарелки должна примерно равняться расстоянию между ребрами, размер толщины ребер принимать минимальным.
Тарелка подвесных изоляторов для поддерживающих гирлянд должна иметь некоторый наклон от головки к периферии.
Толщина стенки диэлектрика зависит от электрической к механической прочности материала и находится по формуле
(3-10), где Uпр — пробивное напряжение изолятора, кВ. Епр —  удельная электрическая прочность диэлектрика, кВ/мм.

Практически размер толщины стенки головки изолятора не превышает 20 мм, что также обеспечивает и требования к механической прочности изолятора.

Учитывая соображения, изложенные в гл. 2 относительно электрической прочности стеклянного диэлектрика, следует считать приведенные расчеты подвесных изоляторов на пробивное напряжение ориентировочными.
Величину минимального пробивного напряжения подвесного изолятора можно определить следующим образом.
Зная фазное напряжение гирлянды и напряжение на самом нагруженном элементе гирлянды можно узнать величину требуемого пробивного напряжения изолятора по формуле

(3-11), где k1 — коэффициент запаса электрической прочности, равный 1,3—1,5.
Указанный коэффициент запаса электрической прочности изолятора необходим при электрических испытаниях, а также при возможных перенапряжениях, так как при отсутствии необходимого запаса электрической прочности на пробой может произойти пробой диэлектрика до наступления разряда по поверхности. Шапка подвесного изолятора воспринимает па себя в нижней части всю механическую нагрузку, передаваемую через два слоя цементной связки и стеклянную деталь от стержня изолятора. В верхней части через захват (ушко) передается все усилие нагрузки на соседний изолятор гирлянды или на сцепную арматуру. Таким образом, от правильной конструкции шапки зависит прочность подвесного изолятора, поэтому наиболее ответственным деталям шапки, в частности нижнему коническому ребру, подпирающему головку изолятора, и захвату шапки, придают достаточную жесткость. Более подробно вопросы конструирования шапок подвесных изоляторов изложены в соответствующей литературе [Л. 24].